(57)【要約】【課題】水素吸蔵材料の膨張が生じたときのタンク内の部材の破損をより確実に防止することができるガス貯蔵装置を提供する。【解決手段】密閉された筒状のタンク２０の内部空間において、径の異なる円筒仕切板４０，４１，４２，４３の軸線がタンク２０の軸線に一致するように配置されるとともに、円筒仕切板４０〜４３の間に波板５０，５１，５２が円筒仕切板に接合され、円筒仕切板４０〜４３の間における波板５０〜５２により区画形成され軸線方向に延びる各収容室７０に粉末水素吸蔵合金６０が充填されている。円筒仕切板４０〜４３における空間７５，７６，７７を形成する部位に、径方向に屈曲する伸び代８０，８１，８２，８３が設けられ、粉末水素吸蔵合金６０が流通する連通孔を有し円周方向に延びる波板５０〜５２における始端と終端との間で形成される空間７５，７６，７７の容積が少なくとも粉末水素吸蔵合金６０の膨張により増大する。【選択図】図３
2010255723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された筒状のタンクの内部空間において、径の異なる複数の円筒仕切板がその軸線が前記タンクの軸線に一致するように配置されるとともに、前記タンクの半径方向に隣り合う前記円筒仕切板の間に水素吸蔵材料が流通する連通孔を有する波板が前記円筒仕切板に接合され、前記円筒仕切板の間において前記波板により区画形成され前記軸線方向に延びる各収容室に前記水素吸蔵材料が充填されているガス貯蔵装置であって、
前記波板における始端と終端との間で形成される空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成としたことを特徴とするガス貯蔵装置。
【請求項２】
前記円筒仕切板における前記空間を形成する部位に、径方向に屈曲する伸び代を設けることにより、前記空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のガス貯蔵装置。
【請求項３】
円周方向に延びる前記円筒仕切板における始端と終端との重なり部分を非接合状態にして、前記空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のガス貯蔵装置。
【請求項４】
前記波板は径方向において多層配置され、前記伸び代は各層で円周方向位置が揃えられていることを特徴とする請求項２に記載のガス貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素吸蔵材料を利用したガス貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス貯蔵装置として、タンク内に水素吸蔵材料を収容し、水素吸蔵材料に水素を吸蔵させて貯蔵を行うとともに、水素吸蔵材料から水素を放出させて利用するものが知られている。水素吸蔵材料の膨張等が生じても熱交換器の変形等を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のタンクでは、タンクは水素吸蔵合金及び熱交換器を内蔵しており、熱交換器は熱媒管に接合された複数の伝熱フィンを備え、伝熱フィンにより隣接する伝熱フィン間の空間が複数の領域に区画されている。領域には一部の領域を除いて粉末の水素吸蔵合金が充填され、水素吸蔵合金が充填されない領域が、水素吸蔵合金の膨張時の作用力により変形して膨張の作用力を吸収する吸収部を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４０９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載のタンクでは、伝熱フィンをロウ付け等で製作するため変形の自由度が少なかった。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、水素吸蔵材料の膨張が生じたときのタンク内の部材の破損をより確実に防止することができるガス貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、密閉された筒状のタンクの内部空間において、径の異なる複数の円筒仕切板がその軸線が前記タンクの軸線に一致するように配置されるとともに、前記タンクの半径方向に隣り合う前記円筒仕切板の間に水素吸蔵材料が流通する連通孔を有する波板が前記円筒仕切板に接合され、前記円筒仕切板の間において前記波板により区画形成され前記軸線方向に延びる各収容室に前記水素吸蔵材料が充填されているガス貯蔵装置であって、前記波板における始端と終端との間で形成される空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成としたことを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、水素吸蔵材料の膨張が生じると、波板の始端と終端との間で形成される空間に水素吸蔵材料が波板の連通孔を介して流通して、その容積が増大する。これによりタンク内の部材の破損がより確実に防止される。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガス貯蔵装置において、前記円筒仕切板における前記空間を形成する部位に、径方向に屈曲する伸び代を設けることにより、前記空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成としたことを要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、容易に、空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成を構築することができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のガス貯蔵装置において、円周方向に延びる前記円筒仕切板における始端と終端との重なり部分を非接合状態にして、前記空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成としたことを要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、容易に、空間の容積が少なくとも水素吸蔵材料の膨張により増大する構成を構築することができる。
請求項４に記載のように、請求項２に記載のガス貯蔵装置において、前記波板は径方向において多層配置され、前記伸び代は各層で円周方向位置が揃えられているとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水素吸蔵材料の膨張が生じたときのタンク内の部材の破損をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態におけるガス貯蔵装置のタンクの断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図。
【図３】タンクの要部拡大断面図。
【図４】タンクの要部拡大断面図。
【図５】第２の実施形態におけるガス貯蔵装置のタンクの断面図。
【図６】タンクの要部拡大断面図。
【図７】タンクの要部拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態におけるガス貯蔵装置１０の断面を示すとともに、図１のＡ−Ａ線での断面を図２に示す。本実施形態のガス貯蔵装置１０は、水素エンジン車（水素エンジンを搭載した自動車）に搭載される。
【００１３】
ガス貯蔵装置１０はタンク（水素貯蔵タンク）２０を備えている。タンク２０は略円筒形状をなしている。密閉された筒状のタンク２０の内部空間において、タンク２０内の長手方向略全体に亘って直線状に延びる水素流通管３０と、円筒仕切板４０，４１，４２，４３と、波板５０，５１，５２とが設けられている。円筒仕切板４０〜４３および波板５０〜５２は、金属製（例えば、アルミニウム合金製）の板材からなる。
【００１４】
タンク２０は金属製であるとともに、水素が満充填されて内部が所定の圧力（例えば、１０ＭＰａ）となった場合でも十分耐えることができる強度を有している。そして、タンク２０は、円筒部２１と、その両端開口部に溶接された第１端壁２２及び第２端壁２３とから構成されることで内部が密閉されている。
【００１５】
第１端壁２２には、その中心部に、外側へ突出する水素ガス出入用の筒部２４が設けられている。そして、筒部２４には、ガス貯蔵装置１０（タンク２０）の使用状態を水素放出状態と水素充填状態との間で切り換えることができるように構成された図示しないバルブが装着されている。筒部２４は、タンク２０の軸心に対応するように配置された水素流通管３０と連通することでタンク２０の内部空間と水素ガス授受可能になっている。
【００１６】
水素流通管３０は、その両端部が第１，第２端壁２２，２３のそれぞれの内面に形成されたリング状の凹部２２ａ，２３ａに嵌入されている。水素流通管３０は、多孔質材からなり水素が厚さ方向に流通（透過）可能な筒壁３１と、水素が流通可能な水素流通経路３２とから構成されている。水素流通管３０は、粉末の水素吸蔵合金６０の通過を阻止するフィルタとしての機能を有している。なお、筒壁３１は、水素吸蔵合金粉末が通過せず、水素のみを通すフィルター状のものであればよく、多孔質材に限定されない。
【００１７】
複数の円筒仕切板４０，４１，４２，４３は径が異なっており、円筒仕切板４０が最も小径であり、円筒仕切板４１、円筒仕切板４２、円筒仕切板４３の順に径が大きくなっている。各円筒仕切板４０，４１，４２，４３は、その軸線がタンク２０の軸線に一致するように配置されている。
【００１８】
図２においてタンク２０の半径方向に隣り合う円筒仕切板４０と円筒仕切板４１との間に波板５０が配置されている。波板５０は円筒仕切板４０，４１にロウ付けにより接合されている。そして、円筒仕切板４０と円筒仕切板４１との間において波板５０により収容室７０が区画形成され、収容室７０はタンク２０および円筒仕切板４０〜４３の軸線方向（図１のＹ方向）に延びている。同様に、タンク２０の半径方向に隣り合う円筒仕切板４１と円筒仕切板４２との間に波板５１が配置されている。波板５１は円筒仕切板４１，４２にロウ付けにより接合されている。そして、円筒仕切板４１と円筒仕切板４２との間において波板５１により収容室７０が区画形成され、収容室７０はタンク２０および円筒仕切板４０〜４３の軸線方向に延びている。また、タンク２０の半径方向に隣り合う円筒仕切板４２と円筒仕切板４３との間に波板５２が配置されている。波板５２は円筒仕切板４２，４３にロウ付けにより接合されている。そして、円筒仕切板４２と円筒仕切板４３との間において波板５２により収容室７０が区画形成され、収容室７０はタンク２０および円筒仕切板４０〜４３の軸線方向に延びている。
【００１９】
各収容室７０には水素吸蔵材料としての粉末水素吸蔵合金６０が充填されている。
このようにして、波板５０，５１，５２が円筒仕切板４０，４１，４２，４３に仕切られた状態で、径方向に３層配置され、円筒仕切板４０〜４３と波板５０〜５２を用いた構造（金属ハニカムフィン）を構築している。つまり、円筒仕切板４０，４１を第１および第２の円筒仕切板としたとき、円筒仕切板４０，４１の間に波板５０が接合され、円筒仕切板４０，４１の間において波板５０により区画形成され軸線方向に延びる各収容室７０に水素吸蔵材料が充填されている。同様に、円筒仕切板４１，４２を第１および第２の円筒仕切板としたとき、円筒仕切板４１，４２の間に波板５１が接合され、円筒仕切板４１，４２の間において波板５１により区画形成され軸線方向に延びる各収容室７０に水素吸蔵材料が充填されている。さらに、円筒仕切板４２，４３を第１および第２の円筒仕切板としたとき、円筒仕切板４２，４３の間に波板５２が接合され、円筒仕切板４２，４３の間において波板５２により区画形成され軸線方向に延びる各収容室７０に水素吸蔵材料が充填されている。
【００２０】
このような円筒仕切板４０〜４３と波板５０〜５２を用いた構造（金属ハニカムフィン）とすることによって、粉末水素吸蔵合金６０を小さな部屋に分けて充填することができ、より伝熱性能や水素吸蔵合金の保持機能を向上させることができる。
【００２１】
また、波板５０，５１，５２および円筒仕切板４０，４１，４２，４３は粉末水素吸蔵合金６０が流通する連通孔Ｈを有する。具体的には、例えば粉末水素吸蔵合金６０の粒径が０．０５ｍｍ、連通孔Ｈの径が１〜２ｍｍ程度であり、連通孔Ｈを粉末水素吸蔵合金６０が通過可能であるとともに水素ガスが通過可能である。
【００２２】
さらに、図３に示すように、円筒仕切板４０，４１間において、円周方向に延びる１枚の波板５０における始端５０ａと終端５０ｂとの間で空間７５が形成されている。同様に、円筒仕切板４１，４２間において、円周方向に延びる１枚の波板５１における始端５１ａと終端５１ｂとの間で空間７６が形成されている。また、円筒仕切板４２，４３間において、円周方向に延びる１枚の波板５２における始端５２ａと終端５２ｂとの間で空間７７が形成されている。空間７５，７６，７７は、収容室７０と同様にタンク２０の長手方向に延びている。
【００２３】
円筒仕切板４０における空間７５を形成する部位に、外径側にＶ字状に屈曲する伸び代８０が設けられている。同様に、円筒仕切板４１における空間７５，７６を形成する部位に、外径側にＶ字状に屈曲する伸び代８１が設けられている。また、円筒仕切板４２における空間７６，７７を形成する部位に、内径側にＶ字状に屈曲する伸び代８２が設けられている。さらに、円筒仕切板４３における空間７７を形成する部位に、内径側にＶ字状に屈曲する伸び代８３が設けられている。このように伸び代８０，８１，８２，８３は径方向に山・谷型に屈曲しており、これにより、空間７５，７６，７７は、その容積が少なくとも粉末水素吸蔵合金６０の膨張により増大する構成となっている。
【００２４】
次に、このように構成したガス貯蔵装置１０の作用を説明する。
ガス貯蔵装置１０のタンク２０は図示しない筒状のハウジング内に横置き状態で配置される。ハウジング内にタンク２０が配置されると、熱媒通路が形成され、この熱媒流路を流れる熱媒（自動車用不凍液）がタンク２０の外周面と接するようになっている。そして、内部にタンク２０が配置されたハウジングを水素エンジン車に取り付けることで、ガス貯蔵装置１０（タンク２０）は水素エンジン車に搭載される。
【００２５】
ここで、ガス貯蔵装置１０のタンク２０から水素エンジンに水素を供給する際には、図示しないバルブが水素放出状態に切り換えられてタンク２０から水素が放出される。タンク２０から放出された水素は、筒部２４を通して水素エンジンに供給される。タンク２０から水素が放出されると、粉末水素吸蔵合金６０の水素吸蔵・放出反応が放出側へ移動して粉末水素吸蔵合金６０から水素が放出される。ここで、粉末水素吸蔵合金６０による水素の放出は吸熱反応を伴うので水素の放出に必要な熱が熱媒により供給されないと、粉末水素吸蔵合金６０は顕熱を消費して水素を放出するためその温度が低下する。しかし、熱媒流路を所定温度の熱媒が流れることで、タンク２０と熱交換が行われ、粉末水素吸蔵合金６０はタンク２０及び波板５０，５１．５２，５３を介して予め設定された温度に加熱されて、水素放出の反応が円滑に進行する。
【００２６】
収容室７０に収容された粉末水素吸蔵合金６０は水素を放出し、放出された水素は筒壁３１の微細な孔を経て水素流通経路３２に至る。そして、水素流通経路３２からタンク２０の外部へ放出され、筒部２４を通して水素エンジンへと供給される。粉末水素吸蔵合金６０の温度は、熱媒の温度あるいは流量が調整されることで水素の放出反応が円滑に進行する温度に保持されるため、水素エンジンで必要な水素量に対応した水素の放出が効率よく行われる。
【００２７】
また、水素を放出したタンク２０に再び水素を充填、即ち粉末水素吸蔵合金６０に水素を吸蔵させる場合は、バルブが水素充填状態に切り換えられて水素を筒部２４から水素流通管３０の水素流通経路３２に流入させる。水素流通経路３２内に流入した水素は、タンク２０の長手方向全体に亘って流通し、筒壁３１の微細な孔を経て収容室７０に至り、その後、収容室７０に収容された粉末水素吸蔵合金６０と反応して水素化物となることで粉末水素吸蔵合金６０に吸蔵される。なお、粉末水素吸蔵合金６０に対する水素の供給は、タンク２０内が所定の圧力（例えば、１０ＭＰａ）となるまで行われる。
【００２８】
ここで、水素の吸蔵反応は発熱反応であるので、水素の吸蔵反応で発生した熱を除去しないと吸蔵反応は円滑に進行しない。しかし、水素を充填する際には熱媒流路に低温の熱媒が流れるため、熱媒とタンク２０との熱交換が行われる。この時、粉末水素吸蔵合金６０から発生した熱は波板５０，５１，５２およびタンク２０を介して熱媒に吸熱されタンク２０外に運搬される。したがって、粉末水素吸蔵合金６０の温度は水素の吸蔵反応が円滑に進行する温度に保持されるため、水素の吸蔵が効率よく行われる。
【００２９】
粉末水素吸蔵合金６０は水素を吸蔵する際に膨張が生じる。すると、波板５０，５１，５２における始端５０ａ，５１ａ，５２ａと終端５０ｂ，５１ｂ，５２ｂとの間で形成される空間７５，７６，７７に水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）が波板５０，５１，５２の連通孔Ｈを介して流通する。そして伸び代８０〜８３が変形して、図４に示すように、空間７５，７６，７７の容積が増大する。これによりタンク２０内の円筒仕切板４０〜４３や波板５０〜５２の破損を防ぐことができる。また、変形することで最外周の円筒仕切板４３（フィン外周面）とタンク内壁２０ａとの密着性も向上する。即ち、半径方向への変形も伴うので最外周の円筒仕切板４３（フィン外周面）のタンク内壁２０ａとの密着性も向上して熱交換性能が向上する。
【００３０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）が流通する連通孔Ｈを有し円周方向に延びる波板５０，５１，５２における始端５０ａ，５１ａ，５２ａと終端５０ｂ，５１ｂ，５２ｂとの間で形成される空間７５，７６，７７の容積が少なくとも水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）の膨張により増大する構成とした。詳しくは、円筒仕切板４０〜４３における空間７５，７６，７７を形成する部位に、径方向に屈曲する伸び代８０，８１，８２，８３を設けることにより、空間７５，７６，７７の容積が少なくとも水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）の膨張により増大する構成とした。これにより、水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）の膨張が生じたときの変形の自由度が高くタンク２０内の部材（円筒仕切板４０〜４３や波板５０〜５２）の破損をより確実に防止することができる。
【００３１】
（２）波板５０，５１，５２は径方向において多層配置され、伸び代８０〜８３は各層で円周方向位置が揃えられているので、揃えられていない場合に比べて、波板５０，５１，５２の変形（図３で矢印に示す円周方向の変形）を容易に行わせることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３２】
本実施形態においては、図５，６に示すように、円筒仕切板４０における始端４０ａと終端４０ｂとが重なっており、その重なり部分９０が非接合状態にされている。同様に、円筒仕切板４１における始端４１ａと終端４１ｂとが重なっており、その重なり部分９１が非接合状態にされている。また、円筒仕切板４２における始端４２ａと終端４２ｂとが重なっており、その重なり部分９２が非接合状態にされている。さらに、円筒仕切板４３における始端４３ａと終端４３ｂとが重なっており、その重なり部分９３が非接合状態にされている。
【００３３】
このようにして、円筒仕切板４０，４１を、円周方向に延びる１枚の第１の円筒仕切板および１枚の第２の円筒仕切板としたとき、円筒仕切板４０，４１における始端と終端との重なり部分９０，９１を非接合状態にして、空間７５の容積が少なくとも粉末水素吸蔵合金６０の膨張により増大する構成としている。また、円筒仕切板４１，４２を、円周方向に延びる１枚の第１の円筒仕切板および１枚の第２の円筒仕切板としたとき、円筒仕切板４１，４２における始端と終端との重なり部分９１，９２を非接合状態にして、空間７６の容積が少なくとも粉末水素吸蔵合金６０の膨張により増大する構成としている。さらに、円筒仕切板４２，４３を、円周方向に延びる１枚の第１の円筒仕切板および１枚の第２の円筒仕切板としたとき、円筒仕切板４２，４３における始端と終端との重なり部分９２，９３を非接合状態にして、空間７７の容積が少なくとも粉末水素吸蔵合金６０の膨張により増大する構成としている。また、円筒仕切板４０は始端４０ａに対し終端４０ｂを外径側に重ね、円筒仕切板４１は始端４１ａに対し終端４１ｂを内径側に重ね、円筒仕切板４２は始端４２ａに対し終端４２ｂを外径側に重ね、円筒仕切板４３は始端４３ａに対し終端４３ｂを内径側に重ねている。
【００３４】
このように、ロウ付けしない部分の重ね方を段毎に交互にしておくことで、円周方向への可変性を確保する。この場合、重なり部分９０〜９３が各層で円周方向位置で揃えられている。
【００３５】
そして、図７に示すように、水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）の膨張が生じると、波板５０，５１，５２における始端５０ａ，５１ａ，５２ａと終端５０ｂ，５１ｂ，５２ｂとの間で形成される空間７５，７６，７７に水素吸蔵材料（粉末水素吸蔵合金６０）が波板５０，５１，５２を介して流通して、その容積が増大する。このようにして、収容室７０の容積は、粉末水素吸蔵合金６０が水素を吸蔵する際に膨張して大きくなり、円筒仕切板４０〜４３や波板５０，５１，５２に大きな圧力が作用することを抑制でき、タンク２０内の円筒仕切板４０〜４３や波板５０〜５２の破損をより確実に防止することができる。
【００３６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・波板５０〜５２における始端５０ａ，５１ａ，５２ａと終端５０ｂ，５１ｂ，５２ｂとの間で形成される空間７５〜７７の容積は膨張により増大した後において収縮する力が作用したときに容積が戻ってもよいし、戻らなくてもよい。ただし、戻らない方がより好ましい。
【００３７】
・上記実施形態では円筒仕切板を４つ設けるとともに波板を３つ設けた場合について述べたが（タンク２０内において波板を３層（３段）積層したが）、これは一例にすぎず他の形態でもよく、円筒仕切板を３つ以下や５つ以上としたり、波板を２つ以下や４つ以上設けてもよい（２層（２段）以下であっても、４層（４段）以上であってもよい）。
【００３８】
・図３において波板を多層に配置した場合において波板における始端と終端との間で形成される空間（容積が可変とした空間）７５〜７７を円周方向位置を揃えたが、揃えない態様で実施してもよい。
【００３９】
・熱媒は不凍液を用いたが、他にも例えば水でもよい。
・水素吸蔵材料として水素吸蔵合金でなくてもよく、例えば非金属でもよく、水素を吸蔵可能な材料であればよい。
【００４０】
・ガス貯蔵装置を水素エンジン車に搭載する場合について説明したが、これに限ることはなく、他にも例えば燃料電池自動車に搭載する場合等であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…ガス貯蔵装置、２０…タンク、４０…円筒仕切板、４０ａ…始端、４０ｂ…終端、４１…円筒仕切板、４１ａ…始端、４１ｂ…終端、４２…円筒仕切板、４２ａ…始端、４２ｂ…終端、４３…円筒仕切板、４３ａ…始端、４３ｂ…終端、５０…波板、５０ａ…始端、５０ｂ…終端、５１…波板、５１ａ…始端、５１ｂ…終端、５２…波板、５２ａ…始端、５２ｂ…終端、６０…粉末水素吸蔵合金、７０…収容室、７５，７６，７７…空間、８０，８１，８２，８３…伸び代、９０，９１，９２，９３…重なり部分、Ｈ…連通孔。
【図１】
2010255723.tif 000003
【図２】
2010255723.tif 000004
【図３】
2010255723.tif 000005
【図４】
2010255723.tif 000006
【図５】
2010255723.tif 000007
【図６】
2010255723.tif 000008
【図７】
2010255723.tif 000009